一种用于检测环丙沙星的碳点纳米酶及其制备方法和传感器

本发明属于纳米酶，特别涉及一种用于检测环丙沙星的碳点纳米酶及其制备方法和传感器。

背景技术：

1、环丙沙星(ciprofloxacin)是一种广谱氟喹诺酮类药物，被广泛应用于治疗细菌感染。然而随着医疗需求的增加，环丙沙星及其代谢物在环境中的污染问题逐渐引起广泛关注。环丙沙星及其代谢物可以随着畜禽的排泄物进入环境，残留在土壤、水体等环境中。目前已经在河流、湖泊和地下水中检测到了环丙沙星等抗生素药物，很大程度上破坏了水生生态系统平衡。因此，开发高效、灵敏的环丙沙星检测方法迫在眉睫。

2、目前检测环丙沙星的方法主要包括荧光光谱法、高效液相色谱法、电化学方法、化学发光等。这些方法有其独特的优势，但也存在以下缺陷：步骤繁琐、仪器依赖性强、成本高等。比色法具有成本低、灵敏度高、操作简便等优点，在抗生素药物检测领域引起研究者的高度重视。

3、纳米酶(nanozyme)是一类具有酶催化活性的纳米材料，能够模仿天然酶的催化功能，具有高催化活性、稳定性、多功能性等优点，被广泛应用于生物传感器构建与催化反应研究中。其中，碳量子点是纳米酶材料中的重要成员之一，由于其良好的生物相容性和多功能催化性质等优点，被广泛应用于生物传感、医疗诊断与环境监测等领域。虽然大的共轭结构赋予其优异的电子转移能力，但是其催化性能仍需进一步提升。异原子掺杂策略可以显著改善其电子性质，并且引入新的反应活性位点。金属离子掺杂可以调节碳点内部的电子密度，从而改变其物理和化学性质来增加氧化活性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于检测环丙沙星的碳点纳米酶及其制备方法和传感器，能够高效、灵敏、准确检测水体中的环丙沙星；

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于检测环丙沙星的碳点纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

4、将氯化铁和β-环糊精溶解于去离子水中，进行加热反应，得到反应液，将反应液过滤和透析处理后，得到fe-cds碳点纳米酶溶液。

5、优选地，所述氯化铁、β-环糊精和去离子水的质量体积为0.04g：0.3g：20ml。

6、优选地，所述加热反应温度为160℃，反应的时间为4h-10h。

7、本发明另一方面，提供根据上述所述的制备方法制得的用于检测环丙沙星的碳点纳米酶。

8、本发明另一方面，提供利用上述所述的碳点纳米酶检测环丙沙星的方法，包括如下步骤：将fe-cds碳点纳米酶溶液、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液、h2o2溶液、醋酸-醋酸钠缓冲液加入到待测样品中，得到第一混合溶液，反应5min，通过测量第一混合溶液652nm处的吸收值，代入第一线性方程即可得到样品中环丙沙星的含量。

9、优选地，所述fe-cds碳点纳米酶溶液的浓度为0.1mg/ml，3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液的浓度为3.3mm，h2o2溶液的浓度为10mm，醋酸-醋酸钠缓冲液的浓度为0.1m；所述fe-cds碳点纳米酶溶液、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液、h2o2溶液和醋酸-醋酸钠缓冲液的体积比为50：10：10：500。

10、优选地，所述第一线性方程为：△a652＝4.1104×ccip-0.083，r2＝0.996，其中ccip为环丙沙星溶液的浓度，△a652为第二混合溶液加入环丙沙星前后在652nm处的吸光度变化值。

11、本发明另一方面，提供一种检测环丙沙星的传感器，包括如上述所述用于检测环丙沙星的碳点纳米酶

12、本发明另一方面，提供利用上述所述的传感器检测环丙沙星的方法，包括如下步骤：

13、(1)在试纸上滴加fe-cds碳点纳米酶溶液和醋酸-醋酸钠缓冲液，静置干燥后，再滴加h2o2溶液和3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液；

14、(2)将待检测样品滴加在试纸上，静置；

15、(3)采用终端设备拍摄试纸的颜色，将试纸的颜色转化为对应的rgb值，将rgb值代入第二线性方程即可得到样品中环丙沙星的含量，其中第二线性方程为r(r+g+b)＝0.1328ccip+0.1366，r2＝0.99。

16、优选地，所述fe-cds碳点纳米酶溶液的浓度为0.1mg/ml，3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液的浓度为0.6mm，h2o2溶液的浓度为2mm，醋酸-醋酸钠缓冲液的浓度为0.1m；所述fe-cds碳点纳米酶溶液、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液、h2o2溶液和醋酸-醋酸钠缓冲液的体积比为50：50：50：500。

17、本发明的碳点纳米酶为铁掺杂的碳量子点fe-cds，以β-环糊精为碳源，六水合三氯化铁为铁掺杂剂，一步水热法制备铁掺杂碳量子点，透析纯化后得到淡黄色fe-cds溶液。β-环糊精可以显著提升碳点纳米酶与催化底物的亲和力，铁离子的掺杂可以进一步提升该碳点纳米酶的催化氧化能力。

18、本发明所用的fe-cds易于合成、稳定性强、对环丙沙星响应灵敏度高。基于fe-cds构建的便携式传感器可以避免复杂、昂贵的仪器使用，将试纸条与图像采集设备结合便可实现不同浓度的环丙沙星的定量检测与实际水样中环丙沙星评估测试。

19、与其他检测环丙沙星的方法相比，该方法具有快速有效，性能稳定，背景干扰低，操作简便，检测成本低，灵敏度高等优点。

技术特征：

1.一种用于检测环丙沙星的碳点纳米酶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化铁、β-环糊精和去离子水的质量体积为0.04g：0.3g：20ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应温度为160℃，反应的时间为4h-10h。

4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法制得的用于检测环丙沙星的碳点纳米酶。

5.利用权利要求4所述的碳点纳米酶检测环丙沙星的方法，其特征在于，包括如下步骤：将fe-cds碳点纳米酶溶液、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液、h2o2溶液、醋酸-醋酸钠缓冲液加入到待测样品中，得到混合溶液，通过测量混合溶液652nm处的吸收值，代入第一线性方程即可得到样品中环丙沙星的含量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述fe-cds碳点纳米酶溶液的浓度为0.1mg/ml，3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液的浓度为3.3mm，h2o2溶液的浓度为10mm，醋酸-醋酸钠缓冲液的浓度为0.1m；所述fe-cds碳点纳米酶溶液、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液、h2o2溶液和醋酸-醋酸钠缓冲液的体积比为50：10：10：500。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一线性方程为：△a652＝4.1104×ccip-0.083，r2＝0.996，其中ccip为环丙沙星溶液的浓度，△a652为加入环丙沙星前后混合溶液在652nm处的吸光度变化值。

8.一种检测环丙沙星的传感器，其特征在于，包括如权利要求1～3任一项所述用于检测环丙沙星的碳点纳米酶。

9.利用权利要求8所述的传感器检测环丙沙星的方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述fe-cds碳点纳米酶溶液的浓度为0.1mg/ml，3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液的浓度为0.6mm，h2o2溶液的浓度为2mm，醋酸-醋酸钠缓冲液的浓度为0.1m；所述fe-cds碳点纳米酶溶液、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺溶液、h2o2溶液和醋酸-醋酸钠缓冲液的体积比为50：50：50：500。

技术总结
本发明涉及一种用于检测环丙沙星的碳点纳米酶的制备方法，包括以下步骤：将氯化铁和β‑环糊精溶解于去离子水中，进行加热反应，得到反应液，将反应液透析处理后，得到Fe‑CDs碳点纳米酶溶液。本发明所用的Fe‑CDs易于合成、稳定性强、对环丙沙星响应灵敏度高。基于Fe‑CDs构建的便携式传感器可以避免复杂、昂贵的仪器使用，将试纸条与图像采集设备结合，便可实现不同浓度的环丙沙星的定量检测与实际水样中环丙沙星评估测试。

技术研发人员：续红妹,郭淼,郭李利,王梁臣,董川
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/13